Скопления галактик могут содержать тысячи отдельных галактик и являются крупнейшими гравитационно связанными структурами, известными нам во Вселенной. Они настолько массивны, что их получается использовать в качестве гравитационных линз.
Одно из таких древних скоплений называется XLSSC 122, и оно удачно расположено на одной линии с более удалёнными отдельными галактиками. Это превращает скопление в гравитационную линзу, которая искривляет и усиливает свет от далёких галактик. Астрономы использовали телескоп «Уэбб» для изучения скопления, и искажённое изображение фоновой галактики позволило им более точно измерить массу XLSSC 122.
Десять миллиардов лет назад большинство скоплений галактик только начинали формироваться. Однако текущие наблюдения показывают, что XLSSC 122 отличается от других скоплений галактик, существовавших во Вселенной в то же время. Напротив, оно более массивно, компактно и упорядоченно — в общем, напоминает более современные скопления.
Результаты исследования представлены в трёх новых статьях, опубликованных в журнале «The Astrophysical Journal», а также на 248-м заседании Американского астрономического общества. Кайл Финнер, научный сотрудник Центра обработки и анализа инфракрасных данных (IPAC), является ведущим автором одной из этих статей.
«Когда мы получили первые снимки с телескопа „Уэбб“, мы воскликнули: „Ого, посмотрите-ка, какое сильное гравитационное линзирование у этого скопления!“», — сказал Финнер в пресс-релизе. «XLSSC 122 установило рекорд как самое удалённое скопление галактик, демонстрирующее сильное гравитационное линзирование, и стало ценным инструментом для астрономов».
XLSSC 122 впервые обнаружили более десяти лет назад, в 2014 году, когда рентгеновская обсерватория XMM-Newton ЕКА зафиксировала в скоплении огромное количество нагретого газа. Затем последовали наблюдения с помощью «Хаббла», которые показали, что скопление находится на расстоянии 10,4 миллиарда световых лет от нас. Эти наблюдения также показали, что скопление было необычно зрелым по сравнению с другими скоплениями того же возраста.
Теперь астрономы провели наблюдения скопления с помощью «Уэбба» и обнаружили, что оно, кроме прочего, является сильной гравитационной линзой. Характерные дуги искривлённого света отсутствовали на снимках «Хаббла», но были отчётливо видны на снимках «Уэбба». «До появления „Уэбба“ мы не могли проводить исследования такого уровня в ранней, далёкой Вселенной», — сказал Финнер.
Хотя скопления, такие как XLSSC 122, содержат огромное количество звёзд и газа, в них ещё больше тёмной материи. Именно тёмная материя создаёт сильный эффект гравитационной линзы. Тёмная материя также служит своего рода каркасом, на котором формируются галактики и скопления. Крупномасштабная структура Вселенной состоит из нитей тёмной материи, на которых формируются галактики и скопления. Наблюдения скопления XLSSC 122 с помощью «Уэбб» дают возможность больше узнать о тёмной материи и её распределении.
«Сильное гравитационное линзирование — это способ измерить тёмную материю, фактически не видя её, — сказал Финнер. — Оно даёт нам чувствительный инструмент для проверки наших космологических моделей».
Скопление также выступает в роли слабой гравитационной линзы. Слабое гравитационное линзирование не влияет на отдельные галактики так же, как сильное. Оно лишь незначительно искажает изображение фоновых галактик, и тогда для определения массы требуется большой набор данных. Сильное линзирование позволило исследователям измерить массу центра скопления, а слабое — определить массу по всему скоплению, включая его периферийные галактики.
«Слабое гравитационное линзирование позволяет накладывать ограничения на массу, расположенную на гораздо большем расстоянии, благодаря чему можно получить более полное представление об окружающей скопление области», — сказал Финнер.
Астрономы использовали другие телескопы для наблюдения скопления во всём электромагнитном спектре. Рентгеновские и радиоастрономические наблюдения показывают, что XLSSC 122 по-прежнему находится в процессе слияния, поскольку его галактики сближаются. В одной из новых статей авторы использовали данные с телескопов «Чандра», «МирКат», ALMA и «Уэбб», чтобы «… выявить согласующееся удлинение в направлении северо-восток–юго-запад во всех наборах данных и выраженное смещение вдоль той же оси между пиком SZ и пиками массы/рентгеновского излучения, что указывает на значительную активность слияния».
Телескоп «Уэбб» также наблюдал внутрикластерный свет (intracluster light, ICL) [слабое диффузное свечение, которое витает в пространстве между галактиками внутри скопления галактик / прим. перев.] в скоплении XLSSC 122, и эти результаты представлены в третьей статье. ICL исходит не от галактик в скоплении, а от отдельных звёзд, которые были вырваны из своих галактик под действием приливных сил. ICL чрезвычайно слабый, но он может многое рассказать астрономам об истории слияния скопления. ICL скопления XLSSC 122 показывает, что эти свободные звёзды по-прежнему разбросаны и ещё не собрались в ядре скопления, где доминирует гравитация. Это указывает на то, что процесс слияния продолжается.
«Эта южная особенность представляет собой значительный избыток диффузного излучения, простирающегося примерно на 100 кпк от ярчайшей галактики в скоплении», — говорится в третьей статье. «Её пространственное совпадение с зоной повышенной плотности входящих в скопление галактик и независимые асимметрии в нескольких диапазонах (рентгеновском, радио и SZ) убедительно указывают на происхождение от звёзд, вырванных приливными силами в результате продолжающихся или недавних динамических взаимодействий внутри скопления».
Контур внутрикластерного света также совпадает с концентрацией тёмной материи, обнаруженной с помощью сильного гравитационного линзирования. «В этом скоплении внутрикластерный свет по сути отражает распределение тёмной материи», — сказал Финнер. «Это свечение говорит нам о том, что скопление находится в состоянии слияния».
Это ещё один пример того, как телескоп «Уэбб» раскрывает перед нами раннюю Вселенную так, как мы её ещё никогда не видели. Обнаружение древнего скопления, которое, судя по всему, находится на более поздней стадии развития, чем следовало бы ожидать, заставляет учёных уточнять свои космологические модели и представления о том, как развивалась Вселенная. Следующий шаг — найти ещё больше скоплений, подобных XLSSC 122, если они существуют.
«Эра „Уэбба“ только начинается, — сказал Финнер, — и если на данном этапе развития Вселенной мы сможем начать получать данные о десятках или сотнях подобных объектов, то тогда мы действительно сможем приступить к проверке наших космологических моделей на практике».
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1055562/